REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAREPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAUNIVERSIDAD PEDAGÓGICA EXPERIMENTAL LIBERTADORUNIVERSIDAD PEDAGÓGICA EXPERIMENTAL LIBERTADOR

INSTITUTO PEDAGÓGICO DE BARQUISIMETOINSTITUTO PEDAGÓGICO DE BARQUISIMETO“LUÍS BELTRÁN PRIETO FIGUEROA”“LUÍS BELTRÁN PRIETO FIGUEROA”

Departamento de Cs. NaturalesDepartamento de Cs. NaturalesPrograma de QuímicaPrograma de Química

INFRARROJOINFRARROJO

Barquisimeto, 2009

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAREPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAUNIVERSIDAD PEDAGÓGICA EXPERIMENTAL LIBERTADORUNIVERSIDAD PEDAGÓGICA EXPERIMENTAL LIBERTADOR

INSTITUTO PEDAGÓGICO DE BARQUISIMETOINSTITUTO PEDAGÓGICO DE BARQUISIMETO“LUÍS BELTRÁN PRIETO FIGUEROA”“LUÍS BELTRÁN PRIETO FIGUEROA”

INFRARROJOINFRARROJO

Elaborado por:

José Sánchez

C.I. : 16.750.864

Prof.: William Figueroa

Longitud de ondaLongitud de onda

Es la distancia medida a lo largo de la Es la distancia medida a lo largo de la línea de propagación entre dos puntos que están línea de propagación entre dos puntos que están en fases en ondas adyacentes, es decir, entre en fases en ondas adyacentes, es decir, entre dos planos inmediatos de la onda y puede dos planos inmediatos de la onda y puede expresarse en micrómetros, centímetros o expresarse en micrómetros, centímetros o Angstroms. Se representa mediante la letra Angstroms. Se representa mediante la letra griega "griega "λ" (λ" (lambda).lambda).

Longitud de ondaLongitud de onda

La luz roja con una frecuencia aproximada de La luz roja con una frecuencia aproximada de 440x10440x101212ss-1-1, tiene ondas de unos 682nm de , tiene ondas de unos 682nm de largolargo

λ = c / fλ = c / fλ: Longitud de ondasλ: Longitud de ondas

c: Velocidad de la Luzc: Velocidad de la Luz

f: Frecuenciaf: Frecuencia

FrecuenciaFrecuencia

Es el movimiento armónico Es el movimiento armónico simple de cada una de las partículas simple de cada una de las partículas del medio. La frecuencia es del medio. La frecuencia es inversamente proporcional a la inversamente proporcional a la longitud de ondaslongitud de ondas

Numero de OndasNumero de Ondas

La unidad usual del numero de ondas es el La unidad usual del numero de ondas es el centímetro reciproco, es decir, es una unidad centímetro reciproco, es decir, es una unidad inversamente proporcional a la longitud de inversamente proporcional a la longitud de onda y se expresa en cmonda y se expresa en cm-1-1

K = 2 K = 2 ПП / / λλK: Numero de OndasK: Numero de Ondas

ПП: 3,14: 3,14

λ: Longitud de Ondasλ: Longitud de Ondas

E = h·ν = h·c/λ

La energía de la luz infrarroja es adecuada para provocar vibraciones en las moléculas orgánicas

ESPECTRO INFRARROJO

Regiones de la región infrarrojaRegiones de la región infrarroja

Los infrarrojos se pueden categorizar en:Los infrarrojos se pueden categorizar en: infrarrojo cercano (0,78-1,1 infrarrojo cercano (0,78-1,1 µmµm) puede excitar ) puede excitar

sobretonossobretonos o vibraciones o vibraciones armónicasarmónicas.. infrarrojo medio (1,1-15 µm) puede ser usado para infrarrojo medio (1,1-15 µm) puede ser usado para

estudiar las vibraciones fundamentales y la estructura estudiar las vibraciones fundamentales y la estructura rotacional vibracionalrotacional vibracional. .

infrarrojo lejano (15-100 µm) se encuentra adyacente infrarrojo lejano (15-100 µm) se encuentra adyacente a la región de a la región de microondasmicroondas, posee una baja energía y , posee una baja energía y puede ser usado en puede ser usado en espectroscopia rotacionalespectroscopia rotacional. .

Zonas espectrales de infrarrojoZonas espectrales de infrarrojo

Vibración MolecularVibración Molecular

Una molécula absorberá la energía de un haz de luz infrarroja cuando dicha energía incidente sea igual a la necesaria para que se de una transición vibracional de la molécula.

Molécula con N átomos 3 N grados de libertad

6 grados de libertad se deben a traslación y rotación

3 N – 6 son los grados de libertad debidos a vibración

(3N-5) si la molécula es lineal

¿De cuántas maneras diferentes puede vibrar una molécula?: Modos de vibración

TENSIONES FLEXIONES

VIBRACIONES MOLECULARES

Tipos de vibraciones

Tensión simétrica Tensión asimétrica Deformación simétrica en el plano.

Movimiento de tijera.

Deformación asimétrica en el plano.

Movimiento de balanceo.

Deformación simétrica fuera del plano.Movimiento de torsión.

Deformación asimétrica fuera del plano.Movimiento de aleteo.

Vibraciones de Extensión

Cambio en el Ángulo

Clasificándose

Tijeras, De Oscilación,De sacudida, y

De Torsión

Dos enlaces

Vibración por Flexión

Flexión, Tensión y Vibración Flexión, Tensión y Vibración

De 4000 a 2900 cm-1 : Tensión de C-H, O-H y N-H De 2500 a 2000 cm-1 : Tensión de triples enlaces y dobles enlaces acumulados. De 2000 a 1500 cm-1 : Tensión de C=O, C=N y C=C.De 1500 a 600 cm-1 : Zona de la huella dactilar (Flexión de enlaces CH,CO,CN,CC, etc..)

estiramiento simétrico scissoring wagging

estiramiento asimétrico rocking twisting

Infrarrojo MedioInfrarrojo Medio

Presencia de Espectros de Vibración-Rotación.Presencia de Espectros de Vibración-Rotación.EEvrvr = ( = (EEvrvr))22 – ( – (EEvrvr))11 = = EEvibvib + + EErotrot

EEvrvr: Espectros de Rotación – Vibración: Espectros de Rotación – Vibración

EEvibvib: Variacion de los espectros de Vibración: Variacion de los espectros de Vibración

EErotrot: Variacion de los espectros de Rotación: Variacion de los espectros de Rotación

Zonas del espectro

4500 2500 2000 1800 65015001650

Frecuencia cm-1

λ en µ2,5 4 5 5,5 6,1 6,6 15

TENSIÓN

DEFORMACIÓN

Mayor energía

Huella

Dactilar

Zonas del espectro

4500 2500 2000 1800 65015001650

Frecuencia cm-1

λ en µ2,5 4 5 5,5 6,1 6,6 15

Mayor energía

O-H

N-H

C-H

C ≡ C

C ≡ N

X=C=Y

(C,O,N,S)

C=C=C

Comb

Ar

C=O C=N

C=C

C-Cl

C-O

C-N

C-C

Es un instrumento usado en la física óptica que sirve para medir, en función de la longitud de onda, la relación entre valores de una misma magnitud fotométrica relativos a dos haces de radiaciones.

Funciones

Dar información sobre la naturaleza de la sustancia en la muestra.

Indicar indirectamente que cantidad de la sustancia que nos interesa está presente en la muestra.

Componentes Básicos de un Espectrofotómetro

Fuentes

Es un sólido calentado eléctricamente a temperaturas entre 1500º y 200º K. Por otra parte están las lámparas de filamento de tungsteno, que son la fuente más común de radiación visible e infrarrojo, se utiliza en la región de longitud de onda de 350 a 2500 nm.

Selectores de longitud de onda Son dispositivos que filtran el espectro producido por la fuente, dejando "pasar" sólo radiaciones en un rango de longitud de onda determinada. Dentro de este componentes se encuentran los filtros de absorción e interferencia.

Componentes Básicos de un Espectrofotómetro

MonocromadoresEste componente se encarga de aislar las radiaciones de longitud de onda deseada que inciden o se reflejan desde el conjunto, se usa para obtener luz monocromática. Está constituido por las rendijas de entrada y salida, colimadores y el elemento de dispersión. Recipientes para la muestraLas celdas o cubetas que contienen la muestra deben fabricarse de un material que no interfiera con la radiación que estamos utilizando. El plástico se puede utilizar para el visible (400-800 nm). El ancho más común de una cubeta es de un centímetro.

Fuente Muestra

Detecta y Amplifica

Espectrofotómetros Dispersivos

Señal Analítica

Monocromador

Resultados %T o A

Fuente

Espectrofotómetros No Dispersivos

Interferómetro Muestra

Señal Analítica

Detecta y Amplifica Interferograma de

La muestra

Resultados %T o A

Funcionamiento del espectrofotómetro

Funcionamiento del espectrofotómetro

Transformada de FourierSon utilizados en la absorción infrarroja y en resonancia nuclear magnética. Todas las técnicas con TF se distinguen porque permiten trabajar el espectrómetro en el dominio del tiempo.

El análisis de Fourier es un tratamiento matemático en el cual una curva dada se descompone en una suma de términos seno-coseno llamada serie de Fourier . Para una curva y en función de x :

Y = a0 sen (0a x) + b0 cos (0a x) + a1sen (1n x) + b1 cos (1o x) + a2sen (2n x) + b2

cos (2 x)

donde 0 = 2r / x2 – x1 y an , bn son los coeficientes de Fourier.

Ventajas La utilización de instrumentos infrarrojos de

transformada de Fourier presenta las siguientes ventajas:

El rendimiento o ventana Jaquinot, que se obtiene porque estos instrumentos para atenuar la radiación no tienen rendijas y muy pocos elementos ópticos.

La elevadísima exactitud en longitud de onda y en precisión, está propiedad hace posible el promediado de señales, que conduce de nuevo a unos cocientes señal/ruido mejorados.

La múltiplex o ventaja Tellgett, se consigue porque todos los elementos de la fuente llegan al detector a la vez.

Factores que pueden afectar a un Factores que pueden afectar a un espectro IR (I)espectro IR (I)

Estado físico de la muestraEstado físico de la muestra GAS: GAS: abundancia de movimientos rotacionalesabundancia de movimientos rotacionales poca interacción inter e intramolecularpoca interacción inter e intramolecular LÍQUIDOLÍQUIDO: : alguna superposición de movimientosalguna superposición de movimientos rotacionalesrotacionales abundancia de interacciones inter eabundancia de interacciones inter e intramolecularesintramoleculares SÓLIDOSÓLIDO: : solo movimientos vibracionalessolo movimientos vibracionales variaciones en el estado cristalvariaciones en el estado cristal

Preparación de la muestraPreparación de la muestraliquidas liquidas

CON DISOLVENTECON DISOLVENTE posible interferencia por superposiciónposible interferencia por superposición de las bandas características del disolventede las bandas características del disolvente o por interacciones debidas a solvatacióno por interacciones debidas a solvatación

TIPO DE DISOLUCIÓNTIPO DE DISOLUCIÓN disolución sólidadisolución sólida disolución líquidadisolución líquida

CONCENTRACIÓNCONCENTRACIÓN HOMOGENEIDADHOMOGENEIDAD

La Elección del DisolventeLa Elección del Disolvente

Debe ser:Debe ser: Muy cuidadosa, basándose en: solubilidad, Muy cuidadosa, basándose en: solubilidad,

posibilidad de interferencia con zonas de posibilidad de interferencia con zonas de interés analítico.interés analítico.

Reactividad con material integrante de las Reactividad con material integrante de las celdas (nunca agua o alcoholes de bajo PM)celdas (nunca agua o alcoholes de bajo PM)

benceno

ciclohexano

dioxano

cloroformo

Disolventes

Celdas utilizadas para líquidosCeldas utilizadas para líquidos

Preparación de una muestra líquida Preparación de una muestra líquida para IRpara IR

Celdas para muestras líquidasCeldas para muestras líquidas

Preparación de una disoluciónPreparación de una disoluciónsólidasólida

Preparación de una muestra sólidaPreparación de una muestra sólidaen disolución de KBren disolución de KBr

Celdas para muestras gaseosasCeldas para muestras gaseosas

GRUPO FUNCIONALGRUPO FUNCIONAL NUMERO DE NUMERO DE ONDA (cmONDA (cm-1-1))

GRUPO FUNCIONALGRUPO FUNCIONAL NUMERO DE ONDA (cmNUMERO DE ONDA (cm-1-1))

OH (enlace de hidrógeno) OH (enlace de hidrógeno) 3100-3200 3100-3200 -C ≡ C- -C ≡ C- 2300-2100 2300-2100

OH (sin enlace de hidrógeno) OH (sin enlace de hidrógeno) 3600 3600 -C ≡ N -C ≡ N ~ 2250 ~ 2250

Cetonas Cetonas 1725-1700 1725-1700 -N=C=O -N=C=O ~ 2270 ~ 2270

Aldehídos Aldehídos 1740-1720 1740-1720 -N=C=S -N=C=S ~ 2150 ~ 2150

Aldehídos y cetonas α,β-insaturados Aldehídos y cetonas α,β-insaturados 1715-1660 1715-1660 C=C=C C=C=C ~ 1950 ~ 1950

Ciclopentanonas Ciclopentanonas 1750-1740 1750-1740 NH NH 3500-3300 3500-3300

Ciclobutanonas Ciclobutanonas 1780-1760 1780-1760 C=N- C=N- 1690-1480 1690-1480

Ácidos carboxílicos Ácidos carboxílicos 1725-1700 1725-1700 NONO22 1650-1500 1400-1250 1650-1500 1400-1250

Esteres Esteres 1750-1735 1750-1735 S=O S=O 1070-1010 1070-1010

Esteres α,β-insaturados Esteres α,β-insaturados 1750-1715 1750-1715 sulfonas sulfonas 1350-1300 1350-1300 1150-11001150-1100

δ-Lactonas δ-Lactonas 1750-1735 1750-1735 Sulfonamidas y sulfonatos Sulfonamidas y sulfonatos 1370-1300 1370-1300 1180-1140 1180-1140

γ-lactonas γ-lactonas 1780-1760 1780-1760 C-F C-F 1400-1000 1400-1000

Amidas Amidas 1690-1630 1690-1630 C-Cl C-Cl 780-580 780-580

-COCl -COCl 1815-1785 1815-1785 C-Br C-Br 800-560 800-560

Anhídridos Anhídridos 1850-17401850-1740(2)(2) C-I C-I 600-500 600-500

Cuadro de Infrarrojo

Espectro IR del formaldehido

Tensión asimétrica C-H Tensión simétrica C-H Tensión C-O Flexión C-H Flexión C-H Flexión C-H

asymmetric stretch symmetric stretch C=O stretch CH2 scissoring CH2 rocking CH2 wagging

MODOS DE VIBRACIÓN

INTERPRETACIÓN DE UN ESPECTRO IR

carbon-oxygen double, C=O (1680-1750)carbon-oxygen single, C-O (1000-1300)oxygen-hydrogen, O-H (2500-3300)carbon-hydrogen, C-H (2853-2962)carbon-carbon single, C-C (H.dact)Ácido Etanóico

Etanol

O-H en los alcoholes 3230-3550 cm-1

C-H 3000 cm-1

C-O 1000-1300 cm-1

Espectro Infrarrojo del Etanol

Propanona

C=O

1740 cm-1

No hay enlace C-O

Ojo con las interpretaciones en la zona de huella dactilar

Muy parecido al del Éster, Etanoato de Etilo

Espectro Infrarrojo de la Propanona

Picos Característicos de Enlaces

Ejemplo de alcanoEjemplo de alcano

Los alquenos (II)Los alquenos (II)

Aplicaciones del análisis espectroscópico Aplicaciones del análisis espectroscópico INFRARROJO INFRARROJO

La caracterización e identificación de polímetros y La caracterización e identificación de polímetros y plástico.plástico.

La caracterización e identificación Sólidos La caracterización e identificación Sólidos inorgánicos.inorgánicos.

En el análisis de productos farmacéuticos.En el análisis de productos farmacéuticos. En el análisis de agentes contaminantes.En el análisis de agentes contaminantes. En las ciencias forenses.En las ciencias forenses. Biomedicina Biomedicina En la industria de reciclaje.En la industria de reciclaje. También es ampliamente usado en investigaciones y También es ampliamente usado en investigaciones y

en otras industrias.en otras industrias.

Espectro FTIR de una película de poliestireno.

Los enlaces covalentes hay que entenderlos como “muelles” que unen masas y que, en consecuencia, pueden vibrar con una frecuencia natural que depende de las características elásticas de ese “muelle” (k; constante elástica en términos físicos) y las masas que une (μ; masa reducida)

1. Las bandas vibracionales de muchos grupos funcionales aparecen a longitudes de onda características.

2. El espectro en su conjunto constituye un criterio inequívoco para la indentificación de una molécula.

¿Por qué es útil la espectroscopía de infrarrojo?

¿Con qué frecuencia vibran los enlaces?

AUTOEVALUACIÓNAUTOEVALUACIÓN

Instrucciones:Instrucciones:Lea detenidamente cada planteamiento y de Lea detenidamente cada planteamiento y de acuerdo al tópico estudiado responda con acuerdo al tópico estudiado responda con criterio y fundamento la opción que crea que criterio y fundamento la opción que crea que es correcta.es correcta.

La Frecuencia de una ondaLa Frecuencia de una onda

La técnica de espectroscopía infrarroja es una La técnica de espectroscopía infrarroja es una técnica:técnica:

a.-) Cualitativa b.-) Cuantitativa

c.-) Cualitativa – Cuantitativa

d.-) Ninguna de las anteriores

La elección del disolvente la determina:La elección del disolvente la determina: